车辆开发过程中驾驶质量的客观评价及优化

牛大旭++何艳则++李敏++钟田财++谭浩

摘要： 针对整车驾驶质量开发中主观评价体系的不足，引入驾驶质量客观评价指标体系。明确驾驶质量开发的客观指标概念和目标曲线，以某款双离合变速器（dual cluth transmission， DCT）车型为研究对象，建立整车驾驶质量仿真模型，对爬坡度、加速度峰值、加速度增益进行分析，并通过优化车辆加速踏板扭矩策略和变速器换挡策略，使客观指标达到整车开发驾驶质量目标。整车驾驶性主观评价试验结果表明整车驾驶性满足开发目标要求，验证客观评价方法的可行性。

关键词： DCT； 驾驶质量； 客观指标； 加速度峰值； 加速度增益； 爬坡度； 驾驶性

中图分类号： U461.4文献标志码： B

Driving quality objective evaluation and optimization

in vehicle development process

NIU Daxu， HE Yanze， LI Min， ZHONG Tiancai， TAN Hao

（Chery Automobile Co.， Ltd.， Wuhu 241009， Anhui， China）

Abstract： As to the shortcomings of subjective evaluation in vehicle driving quality development， the objective evaluation index system of driving quality is introduced. The objective index conception and target curves of driving quality development are defined， and the simulation model of vehicle driving quality is established by taking a dual cluth transmission（DCT） vehicle model as study object. The gradeability， acceleration peak and acceleration gain are analyzed. The accelerator pedal torque strategy and transmission shift strategy is optimized so that the subjective index can meet the driving quality target in vehicle development. The vehicle driving subjective test results show that the vehicle driving can meet the development target requirement， and the objective evaluation method is verified to be practicable.

Key words： DCT； driving quality； objective index； acceleration peak； acceleration gain； gradeability； driving

收稿日期： 2017[KG*9〗07[KG*9〗17修回日期： 2017[KG*9〗08[KG*9〗18

作者简介： 牛大旭（1985—），男，河南南阳人，工程师，研究方向为整车动力性经济性仿真、车辆POT开发，（Email）niudaxu@mychery.com0引言

用户对车辆驾驶感受的要求越来越高，迫使各厂商不断提升整车的驾驶质量。驾驶性反映驾驶员在汽车纵向行驶过程中人车交互作用下的主观感觉，所以在传统驾驶性开发方式中，主观评价在对标分析与参数调校中发挥着重要作用。[1]然而，主观评价费时费力、重復性低、对试验环境要求高、对测试驾驶员的个体感受依赖性强。[2]

近年来，随着测试与仿真技术的进步，驾驶性客观测试与量化分析逐渐成为主观评价的重要补充。建立合理有效的客观评价体系是实现驾驶性从主观评价到客观量化分析的关键。国外相关汽车企业与汽车咨询服务公司在驾驶性客观指标体系构建领域已开展研究。[35]国内的相关研究仍处于起步阶段，尚未具备完整成熟的、适合国内汽车产品特征的驾驶性客观评价标准综合评价体系，也很少有主机厂完全依靠客观指标进行整车驾驶性开发。

本文以某款搭载双离合变速器（dual clutch transmission，DCT）的乘用车[68]为例，阐述驾驶性客观指标评价体系，经过试验论证和主客观相关性分析，说明客观指标体系可以与驾驶性主观评价相对应并能表征整车的驾驶质量[9]。利用AVL CRUISE软件对某DCT车型建立模型，针对制定的客观评价条目进行仿真分析和策略优化，使整车的各项指标可以满足客观目标要求，并通过样车主观评价表明驾驶质量满足目标要求。

1驾驶质量客观评价指标

目前，驾驶性客观评价主要有全油门（whole open throttle，WOT）工况和部分油门（partly open throttle，POT）工况组成。WOT工况性能是车辆的最重要性能之一，是车辆的极限性能，车辆动力总成匹配完成后极限能力基本确定。POT工况指标体系主要集中在4个维度[10]，分别为部分负荷与加速度响应曲面、加速踏板感觉、换挡平顺性、急踩/松加速踏板瞬态响应。本文主要就POT工况的前2个维度进行研究，详细阐述驾驶性客观评价的2个主要指标部分负荷特性和加速踏板感觉，并就这2个指标对应的客观评价工况进行分析和优化，最终达到提升驾驶质量的目的。endprint

通过大量的主客观评价对比试验，将整车驾驶质量的主要客观指标具体化为几个工况，结合企业品牌特性和竞品样车特性，建立相应工况的目标值。具体的客观指标有：转鼓等速爬坡能力、车辆加速度增益、各油门开度下的加速度峰值。本文着重研究这3个方面的数据，在前期通过仿真手段进行策略优化，使POT工況性能达到客观指标设定目标，减少试验开发验证时间。

1.1转鼓等速爬坡能力

转鼓等速爬坡能力是指车速固定时各个油门开度下的等速爬坡度。爬坡能力是动力性的一种表述方式。为保证整车驾驶质量，同样油门开度时各车速下的爬坡能力应该有一个层次感，同车速时不同油门开度应该有所差异，具体要求见图1。

1.2车辆加速度增益

加速度增益即单位油门踏板位移所带来的加速度，表征单位踏板位移下的车辆纵向加速度，其影响驾驶员的主观感觉。在单位踏板位移输入下，加速度增益值越大，则车辆纵向加速度响应输出越大，车辆运动感越强。适应品牌产品特征而制定的加速度增益目标区间见图2。通过与主观评价的相关性分析，认为该目标区间可以满足特定品牌的产品特征。

1.3各油门开度下整车加速度峰值

各油门开度下整车的加速度是指维持油门开度在一定数值，整车从静止起步开始加速，加速度随车速的变化曲线，所有油门开度的曲线合成在一起最终可以形成一个加速度曲面，该曲面能很好地描述汽车在不同负荷与车速下的整车层面车辆响应特性。对该曲面中各油门开度对应的加速度峰值单独研究，可以形成各油门开度下的加速度峰值曲线，该曲线与整车的起步冲击相关，直接影响驾驶员的主观感觉。

基于主观评价与客观测试的大量数据，确定在样车开发过程中各油门开度下整车加速度峰值目标曲线见图3，加速度峰值应该落在2条曲线之间。

2驾驶质量客观指标优化方法

由驾驶质量客观指标和要求可知，驾驶质量最终关注的是整车加速度。整个优化过程就是优化加速度，通过调整轮边驱动力可最终实现。

基于汽车动力学相关理论，汽车加速度与整车质量、加速踏板map、变速器速比及效率、后桥主减速比、车轮滚动半径、换挡map等多个因素强相关。

针对开发中的样车，加速度优化应最先该考虑对加速踏板map和换挡map这2个因素进行调整，原因是其他参数在项目前期匹配已定型，加速踏板map和换挡map优化调整比较方便快捷，优化效果明显，并且对开发周期和成本影响相对较小。本文仅对二者进行优化并分析其对驾驶质量的影响程度，利用AVL CRUISE建立整车模型进行初步模型对标后，针对POT工况进行分析，并对各相关工况进行优化，以达到提升驾驶质量的目的。

3仿真模型的建立

以一款搭载6DCT变速箱的新开发车型为研究对象，对该车型的首台PE样车进行建模和WOT工况模型标定，在确保精度[11]的前提下，将模型应用于样车POT工况性能计算和驾驶质量优化开发。

3.1整车主要技术参数

新开发车型的主要技术参数见表1。

3.2整车仿真模型

根据整车参数建立仿真模型，主要由发动机、离合器、变速箱、整车控制系统、转向泵、函数模块和MATLAB API接口等组成。为支持完成整车POT工况分析，模型需要能够分析换挡map和踏板map对动力性经济性的影响。

3.3模型标定

建立模型后，结合性能开发首台样车试验数据对模型进行标定，百公里加速时间、加速度峰值和NEDC油耗的仿真结果与试验结果对比见表2，百公里起步加速度的仿真与试验对比见图4。

标定后模型的各性能指标仿真精度都控制在±2%以内，且过程数据（整车加速度、发动机转速、发动机扭矩、变速箱挡位等）与试验数据吻合良好，模型符合项目要求，可用于新车型POT工况的开发和优化。

4POT工况分析和优化

在基础模型上增加分析任务，首先计算当前样车的等速转鼓爬坡能力、加速度增益和各油门开度下的最大加速度这3个指标，并将结果与整车驾驶质量开发目标对比，找出差异，然后通过对换挡map和踏板map的联合优化，使3个指标下的整车表现均可以满足设定目标曲线要求，达到优化驾驶质量的目的。

4.1集成优化流程

集成优化流程见图5。

优化步骤具体如下。

（1）根据动力传递路径，结合换挡策略和踏板扭矩策略，各车速、各油门对应的车轮驱动扭矩为Tw=TeIη （1）式中：Tw为车轮驱动扭矩；Te为发动机扭矩；I为车辆总速比；η为发动机至车轮端总传递效率。Te与踏板扭矩策略相关，速比I由换挡线确定的挡位决定Te=Te（αpd，n） （2）

I=I（αpd，v） （3）式中：αpd为油门踏板开度；n为发动机转速；v为车速。

由上述公式可以看出，整车轮边驱动力主要由加速踏板map和换挡map确定。

（2）影响爬坡度曲线的主要因素是降挡点和踏板map，根据各车速下各挡位所占的油门开度百分比大致均分原则，在原换挡点上确定降挡点，各挡位下的形状通过踏板map调整实现。

（3）加速度增益的优化是踏板map和换挡map联合优化的结果。先根据换挡map优化，各挡位下加速度增益需要通过踏板map调整实现，每个车速对应的单位踏板位移加速度只与当前车速需要的油门开度和油门开度增加25%后的加速踏板map相关。

（4）各油门开度下的加速度峰值均出现在1挡，此峰值与踏板map密切相关，优化此曲线需要从踏板map调整入手。

（5）在分别满足3个指标的基础上，同步考虑不同油门开度之间的扭矩关联性，避免出现扭矩突变，还需要考虑升挡线与降挡线之间的协调关系。

4.2集成优化后的计算结果endprint

依据上述集成优化原理，对换挡策略和踏板扭矩策略进行集成优化，通过换挡map的调整和迭代计算优化油门踏板map，最终实现驾驶质量关注的3个客观指标位于既定目标曲线内，满足品牌对驾驶质量的客观需求。集成优化计算结果见图6。

优化前后3个主要指标的具体表现见图7。由此可以看出，通过集成优化方法，最终可以使3个驾驶质量客观评价指标满足目标要求。

5试验结果对比

为保证虚拟验证的准确性，需证明制定的3个具有代表性的驾驶性客观指标可以与实车主观评价相对应，通过客观指标的优化，可以提升整车的驾驶质量，提升整车驾驶主观感受，最终需要在实车上进行主客观试验验证。

将优化后的换挡策略、踏板扭矩策略写入到整车TCU和ECU控制器中开展实车测试，并对实车进行主观评价和客观数值采集，将客观数据与仿真结果进行相关性分析。

5.1整车主观评价

在车型的驾驶质量开发中，主观评价在汽车驾驶品质开发过程中发挥着不可替代的重要作用。对样车开展驾驶性主观评价，优化策略后样车的主观评价得分见表3。优化后的样车驾驶性可以完全满足整车开发要求，满足品牌特性的需求。

表 3驾驶性主观评价得分

Tab.3Subjective assessment scores of driving项目得分目标要求加速踏板响应7.57.0急踩加速踏板7.57.0加速感觉8.07.0起步后加速能力7.57.0

5.2整車客观测试相关性

样车完成主观评价后，针对驾驶质量关注的3个指标进行客观测量，并将测量结果与仿真结果进行对比，说明模型在POT工况分析过程中的精确度，同时印证客观指标与主观评价的对应关系。优化后的客观测试试验结果与仿真结果对比见图8。

6结束语

本文利用经过论证的可以准确表征整车驾驶质量的客观评价体系说明整车客观评价指标的重要性，然后结合品牌样车属性重点介绍3个典型指标，确立3个可以满足整车产品定位的客观目标。针对指标进行优化，最终满足目标要求，并在样车主观评价过程中进行验证。

（1）随着测试与仿真技术的进步，驾驶质量客观评价与量化分析已成为主观评价方法的重要补充，通过客观指标的优化可以实现整车驾驶质量的提升。

（2）通过仿真模拟手段，可以针对DCT车型在样车性能开发阶段开展相关控制策略优化工作，利于缩短实车开发验证周期，减少样车试验频次，节约成本。

（3）针对POT工况爬坡和加速度进行试验验证，试验结果与理论分析吻合，表明仿真模型在POT工况中的计算精度可以满足要求。

（4）调整换挡map和油门踏板map是提升整车驾驶性的重要手段，可考虑做为重要的优化方向。

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